Scopriamo cos’è AMMS, evoluzione del Servizio Meteo Sovramontino
AMMS, acronimo che sta per Autonomous Meteorological Monitoring Service – Servizio di monitoraggio ambientale autonomo, è il progetto di punta di Klinkon Electronics, che consiste in un sistema di centraline meteo autocostruite, nodi di rilevazione ambientale, e sistemi di validazione di dati ambientali raccolti “sul campo” interconnessi tra di loro e operanti in maniera autonoma, ovvero ogni stazione si “parla” inviando dati e informazioni tramite una rete internet dedicata ma nel caso una centralina si spenga o si guasti le altre stazioni sopperiscono alla mancanza dei dati in maniera predittiva, ovvero triangolando i dati misurati sono capaci di elaborare una stima dei valori ambientali presenti in loco.
Termini difficili vero? Nessun problema, andiamo con ordine.
Storia del Servizio Meteo Sovramontino
Il Servizio Meteo Sovramontino nasce nel finire del 2017 con l’installazione di una piccola stazione di rilevamento di temperatura, pressione, umidità e disturbi elettromagnetici per un progetto delle superiori presso Sentà di Sovramonte (BL), progetto che si è evoluto col tempo, ricevendo con l’aumentare delle competenze elettroniche e informatiche migliorie significative già dal 2018, comprendenti sensori per vento e pioggia (stampati in 3D), un telaio migliorato (che resistette a Vaia), mentre nell’inverno a cavallo del 2018/2019 la stazione da installazione temporanea divenne permanente, con l’aggiunta di pannello fotovoltaico e batteria al litio che consentiva autonomia di due settimane invece delle precedenti batterie ricaricabili estratte da vecchi portatili da cambiare ogni settimana manualmente (per motivi di budget furono inizialmente riciclate da dei portatili quante più batterie 18650 possibili, ricaricate a mano a casa e ogni giovedì sostituite a mano) e l’installazione di un ponte radio che trasmetteva i dati al server presente a casa invece del metodo precedente che consisteva nell’estrarre da una SD i valori settimanali da leggere in maniera manuale. I dati venivano poi sfruttati per effettuare semplici previsioni, consultabili su Telegram nel canale ufficiale del progetto, che ora viene utilizzato per le previsioni meteo e per articoli di divulgazione.
Nel 2020 il sistema fu dotato di un semplice sismografo e il prototipo di un sensore nivologico, progetti poi messi in standby con l’arrivo della pandemia e per motivi di tempo e impossibilità di seguire il progetto da solo, situazione perdurata fino al 2021 con l’ingresso nel team di Lorenzo De Luca e Fabio Da Rolt, grazie ai quali il progetto è ripartito con l’installazione di due nuove stazioni meteo e un lento ma costante miglioramento di software ed elettronica della stazione di Sentà, l’apertura del progetto sotto licenza opensource e la ripresa del sismografo
Nel 2023, con l’espansione del team assieme ai ragazzi del DeLucaLabs, di Filippo del Floppy Lab e Jacopo Franco, avviene la ripresa di tutte le attività del progetto, dal completo rifacimento della stazione meteo di Sentà all’introduzione di nuovi stazioni meteo (allo stato attuale del progetto ben 18 tra nodi, stazioni e punti di rilevamento) e una nuova infrastruttura di rete per fare comunicare tra di loro in maniera autonoma tutte le postazioni, con un sito dove consultare i dati in tempo reale e lo storico dati
Nasce cosi AMMS, acronimo sopracitato che riassume lo scopo del sistema, ovvero monitorare in maniera capillare il nostro territorio, progetto tutt’ora in continua espansione seguito da una ventina di ragazzi che quotidianamente apportano il loro contributo al progetto.
Come funziona AMMS
AMMS è un sistema autonomo, ovvero qualsiasi dispositivo capace di rilevare dati meteorologici (quali temperatura, pressione, umidità,… ) può essere utilizzato per inviare dati al database centrale, e viceversa qualsiasi dispositivo ad attuatori (esempio, relè) può leggere i dati presenti nel database per automatismi configurati, a patto che il tutto sia interfacciato ad internet. È possibile effettuare anche entrambe le operazioni, in quanto il nodo esegue nel suo software una libreria scritta da noi compatibile Arduino, Esp, STM, scalare nelle sue funzionalità, personalizzabile quindi a proprio piacimento.
L’hardware e il software, una base unica per tutti
Al fine di semplificare il progetto il più possibile, favorendone al contempo le funzionalità e l’espandibilità, tutto il sistema viene eseguito su un ecosistema di dispositivi progettati per eseguire in pratica lo stesso software, o quantomeno parte di esso adattato in maniera molto semplice e rapida per le esigenze di ogni nodo, che si può riassumere in 3 tipologie di hardware:
- Stazioni meteo 5in1: parliamo delle classiche stazioni meteo commerciali da Amazon, rese opendata tramite l’installazione di gateway progettati ad hoc per intercettarne i dati e caricarli nel Database, come ad esempio le Bresser 5-1 o le Ecowitt, che consentono di avere un sistema meteo connesso al nostro sistema a meno di 300€. Esempi di queste stazioni nel nostro sistema sono quelle di Sorriva, Servo e Faller di Sovramonte (BL) e Sospirolo (BL).
- Nodi meteo: sistemi che interpolano i dati rilevati in loco ai dati presi dal database e che hanno la possibilità di gestire attuatori per serre, irrigatori, arnie, e tanto altro, basati su WeatherIOT o su altre schede DIY che eseguono le librerie AMMS_Utils e BSG nel loro software.
- Stazioni Base: stazioni più complesse dotate di una pletora di funzionalità e sensori avanzati, sono le più grandi e complesse e coprono una vasta gamma di tipologia di dati meteorologici e sono le più potenti che costruiamo, oltre che essere compatibili con le norme OMM (attualmente sono attive per questa tipologia di stazioni Sentà e Col De Mich, presso Sovramonte (BL) e una a Sedico presso il DeLucaLabs, mentre sono in costruzione una a Pordenone a cura di Giosuè e una a Mas, in provincia di Belluno, tenuta da Fabio Da Rolt).
Ciascuna tipologia di stazione è accomunata dal suo funzionamento di base, ovvero i sensori di acquisizione dati rilevano i valori ambientali e li trasmettono al nostro server principale, la differenziazione dei vari sistemi dipende dal software che gira all’interno dei microcontrollori, e dall’elettronica che viene preparata dal team hardware a seconda delle esigenze.
Parlando di hardware esso viene preparato nei nostri laboratori già configurato con un firmware base, “cucinato” su misura della tipologia di stazione, principalmente basato sui microcontrollori ESP32.
Una volta installato sulla stazione desiderata basta configurare la stazione su una rete wifi affinchè possa rilevare i parametri dei sensori installati autoconfigurandosi con le definizioni necessarie e trasmettere successivamente i dati tramite il nostro server, questo per semplificare il più possibile la fase di configurazione della stazione al primo avvio, generalmente seguito da noi ed eseguito da programmi quali Arduino IDE per avere accesso al terminale di controllo della stazione, rimuovendo la necessità di competenze esperte di programmazione, ma lasciando solo l’aspetto di configurazione finale al nostro utente.
Attualmente abbiamo tre dispositivi che progettiamo e assembliamo in laboratorio, che vengono costantemente migliorati e ottimizzati grazie alla collaborazione continua con il Floppy Lab e con Fusetronics, oltre che dal team interno di AMMS, composto da ragazzi di Klinkon Electronics e DeLucaLabs al fine di separare le attività e garantire la qualità e l’efficienza del progetto.
Le nostre schede
Prima di passare al software quindi è corretto fare una distinzione tra i dispositivi che eseguono l’ecosistema AMMS, al fine di capire anche le differenze delle varie stazioni, i moduli e il loro funzionamento.
Bresser Station Gateway (BSG) Board: ultimo prodotto in termini di release, trattasi di un gateway Lora to Esp32 che utilizziamo nelle stazioni 5in1, che consente di captare le frequenze radio 868MHz delle stazioni commerciali e inviarle tramite wifi al server centrale di AMMS. Attualmente Giosuè e Leonardo stanno sviluppando la funzionalità di modem Lora, in ottica di implementarlo anche nelle nostre stazioni base e nei nodi meteo ove internet non arriva sfruttando cosi le onde radio.
La scheda è composta da un modulo RFM95W e un WEMos ESP32, con un connettore di espansione i2c per l’installazione di sensori o display aggiuntivi al modulo radio (che lavora in SPI). Per maggiori info vi rimandiamo al nostro articolo sul blog dove descriviamo nello specifico il funzionamento e le finalità del nostro sistema BSG e di come potete realizzarlo anche voi.
AMMS Board: Modello di punta del nostro parco hardware sviluppata in collaborazione con FuseTronics.Eu, è la scheda dedicata esclusivamente al sistema AMMS, attualmente ancora in sviluppo interno per stazioni compatibili OMM (le norme che regolano le stazioni meteo e le loro installazioni) non ancora “online” in quanto il firmware è ancora in via di sviluppo, ma già disponibile su richiesta per chi volesse smanettarci sopra. È dotata di un microcontrollore ESP32-S3 che consente interfacciamento a una serie di features presenti nella scheda, quali microSD, led RGB, pulsante I/O per modalità di funzionamento, interfaccia seriale nativa per debug, oltre che alcune funzioni “Pro” quali supporto per Home Assistant, mosfet per attuatore o riscaldatore esterno, regolatore di carica TP4056 per batterie 18650 integrato, RTC e connettori omologati per utilizzo anche nelle condizioni più difficili, con due connettori RJ11 (doppino telefonico) dedicati per pluviometro e anemometro, che possono essere tolti rimpicciolendo la scheda e liberando 3 GPIO configurabili a piacimento, e una scheda di espansione tramite connettore dedicato per aumentare le uscite disponibili.
Attualmente i piani per la AMMS Board sono di renderla solo Open-Hardware, e di tenere il software chiuso, in quanto le funzionalità al suo interno (Home Assistant in primis) verranno date “As-a-Service” per sostenere il progetto e garantire sempre ulteriori migliorie, oltre che essere la versione professionale del nostro sistema, con la massima tecnologia e attenzione ai dettagli frutto di due anni di lavoro. Troverete comunque tutto disponibile nel nostro GitHub ufficiale, assieme alle schede precedenti che sono completamente libere anche per contribuire allo sviluppo del sistema.
WeatherIoT: La scheda più utilizzata in AMMS per via della sua versalità e basso costo è la WeatherIOT, una scheda sviluppata in collaborazione col Floppy Lab e giunta alla versione 0.3 (è in arrivo la 1.0). Attualmente è installata nella maggior parte delle nostre stazioni meteo, e a differenza delle altre nasce per essere completamente opensource, al fine di fornire una base per tutti i progetti che uniscano l’IoT e il monitoraggio ambientale, nella fattispecie l’utilizzo dei dati meteorologici per regolare e gestire serre, arnie, irrigatori smart e tanto altro ancora.
È composta da una devboard Esp32-Devkit_V1 che integra un ESP-Wroom32 e tutta la parte relativa a interfaccia USB e di programmazione, che viene inserita su uno zoccolo dedicato nella nostra scheda. La nostra scheda si occuperà quindi di alimentarla, tramite un buck composto da un TPS5430 che garantisce l’alimentazione a tutta la scheda, ai sensori e all’ESP da un input che può essere di massimo 30V, e di portare i segnali dai connettori predisposti al microcontrollore.
I veri punti di forza di questa scheda sono le protezioni ESD per i sensori (essendo esposti all’ambiente esterno e quindi soggetti a disturbi elettromagnetici), e i connettori per espansioni e sensori già predisposti con resistenze e condensatori per garantire la massima stabilità e affidabilità della scheda anche in condizioni di utilizzo sfavorevoli, con connettori di espansione per attuatori quali relè o sensori particolari non comuni, interfaccia I2C a 5V e a 3.3V, SPI, UART e OneWire già predisposte nel PCB.
Software e funzionalità
Il vero cuore pulsante di AMMS risiede nel software, sviluppato appositamente per essere compatibile con tutte le nostre board e non solo, da quelle già presenti in altri progetti e in quelle fai da te che magari implementano sensori e funzionalità differenti dalle nostre.
Il tutto ruota intorno a una libreria, AMMS_Utils, che consente l’interfacciamento di qualsiasi dispositivo connesso ad Internet con il nostro database, permettendo di interagirci leggendo e scrivendo dati.
Questa libreria, che utilizziamo in tutte le centraline che installiamo, legge i valori in seriale di un dato sensore (nel caso delle Bresser Station Gateway legge i dati che restituisce il modulo RFM95W) e li invia nelle rispettive tabelle del database
La libreria si occupa anche di leggere i dati per utilizzarli in caso di postazioni per irrigatori o serre automatizzate, e ha anche la possibilità per le stazioni gestite da noi di ricevere aggiornamenti firmware via OTA (over-the-air) rimuovendo completamente all’utilizzatore finale le complessità dell’aggiornamento del firmware ogni qualvolta apportiamo modifiche al software o alla libreria stessa, o banalmente aggiungiamo nuovi sensori compatibili con il nostro ecosistema
Il nostro sistema infatti è sviluppato in maniera da integrare più sensori possibili di default, abilitabili da noi in momento di configurazione della stazione con la stazione che automaticamente si aggiorna e rileva i sensori e le definizioni date per il database, garantendo massima flessibilità e semplicità di utilizzo al progetto.
Il software AMMS infine è racchiuso nella sola libreria, in maniera tale da garantire la personalizzazione del sistema da parte del proprietario della stazione tenendo il controllo attuatori o l’invio di dati personalizzati separati dalla nostra acquisizione dati e il libero utilizzo della libreria anche da parte di chi vuole sviluppare client o soluzioni basati sui dati del nostro sistema, infatti noi forniamo Hardware e Software come un template libero e di libera condivisione per la creazione di sistemi di monitoraggio e gestione ambientale, il nostro scopo principale si può definire in questa frase, coinvolgendo quante più persone possibili con l’interesse di perseguire questa finalità, integrando nel team di sviluppo ingegneri elettronici, programmatori professionisti e amatoriali, appassionati di meteorologia, agricoltori, apicoltori e appassionati di making, unendo sforzi e competenze per il continuo sviluppo dell’ecosistema AMMS.
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